机械零件加工变形的原因分析及其改进

机械零件加工变形的原因分析及其改进摘要：机械零件在加工过程中发生变形难以避免，同时也是机械加工行业中广泛关注的问题。由于机械零件加工中发生变形容易影响零件质量，因此，应尽可能减少由于变形而引起的质量问题。文章首先分析了机械零件加工变形的原因，然后寻找相应的改进策略，以期对机械零件加工变形的处理提供参考借鉴。关键词：机械零件；加工变形；原因；改进机械加工过程中由于受到种种因素的影响，机械零件加工的变形问题一直层出不穷，变形的零件不仅给机械加工业带来了经济损失，而且还影响到了企业在社会上的信誉，产品质量不能得到保证，这样的发展现状不利于机械加工业的正常运营，所以必须找到机械零件加工变形的原因，从而寻求解决问题的办法，推进机械加工业的长期发展。1常见机械零件加工中变形的原因1.1由于内力的作用，零件加工精度改变因为在车床加工的过程中，通常采用四爪卡盘卡紧零件，然后利用其向心内力的作用，对零件进行加工。并且在零件加工的过程中，也会受到内径向力的作用。如果没有很好的掌控这两种内力，会导致机械零件松动，进而导致零件加工变形现象的发生。另外，还应该注意如果机械零件的夹紧力减小，则机械的切削力也要随之而减小，相反机械零件夹紧力变大，机械的切削力也必须加大，只有这样才能保证所加工的零件受力均匀。但是在实际加工中所面临的问题是，加工后的机械零件的形状与需要形状并不匹配，其精确度已经出现了很大的出入，而出现这种状况的原因是加工不够细腻，导致质量不过关。1.2热处理后和加工后机械零件变形问题一些比较薄的机械零件很容易变形，因为他们的长径比例较大，在加工或者热处理后会出现弯曲的状况，这种弯曲被称为草帽弯曲。这种弯曲会导致其平面变大，而长径比较小的机械零件经过热处理或是加工后也会出现变形，导致零件的直线度相对偏大。原因是零件本身就具有内应力，而这种内应力是相对平衡的状态，但经过热处理或加工之后，零件自身的内应力发生改变，从而导致零件的外观发生变形。1.3由于外力的作用，导致机械零件的变形①如果在机械零件中含有薄片和悬臂，会很容易导致定位不当、装夹不合理等现象的发生，零件的硬度不够会使得零件很容易走形，无法达到图纸所要求的精确度。②在切削机械零件的同时，零件的形状会在切削力的作用下发生弹性变形，这种现象就是所谓的“让刀”现象。它会使得机械零件的规格标准出现偏差，影响到产品的质量。③机械零件的长径比较大，所以更容易受到切削力的作用，这样就会导致非夹紧的一侧更容易发生弹性变形，从而影响产品的质量。2机械零件加工变形的改进措施2.1减小夹紧力的措施在刚性差的机械零件加工中，首先要通过增加辅助支撑来增加零件的刚性程度。在夹紧方面要注意夹紧点和零件之间的接触面积大小。夹持的方式要合理，在机械零件是长轴类的情况下，要注意夹持方式的合理，可以采用两端定位方式进行夹紧。对于薄壁套类零件加工中应该使用有弹性心轴装置来进行装夹，夹紧的位置应该是零件刚性比较强的部位。在加工长径比较大的零件时，要注意不能采用一端悬空一端夹紧的方式，要采用两端一起夹紧的方式从零件的顶端进行夹紧，另外，还可以采用前端的驱动力进行夹紧控制，这样就使其受力模型变成为简支梁模型，零件的刚性就会大大提高，减小了切削力引起的变形。另外，在铸铁件类零件加工中，应注意夹具设计的合理性，首先要注意夹具设计的原则：增加悬臂部分的刚性，另外，也可以使用近年来新研究的液压夹紧工具，以能够有效控制零件加工中由于夹紧变形而产生的质量问题。2.2减小切削力的措施在对工件的加工条件进行研究之后，在切削加工时应根据加工要求，注意切削的角度，应尽量增大刀具的前角和主偏角，以促使刀锋锋利，减小切削力。同时在加工中应将粗细不同的加工零件分开进行加工，以能够有效降低切削力和切削温度对于整体机械零件的影响。在薄壁零件的车削中，合理的刀具对车削时切削力的大小产生的热变形、工件表面的微观都是至关重要的。前角的大小决定了刀具的锋利程度，如果前角大，则变形和摩擦力就会减小，但前角过大，会使刀具的楔角变小，强度减弱，散热情况差，磨损速度加快。所以薄壁零件加工时，所用高速的刀具，前角取6？觷～30？觷最佳，用硬质合金刀具，前角取5？觷～20？觷。后角大，摩擦变小，切削力也变减小，使刀具强度减弱，所以用高速钢车刀的时候，刀具后角取6？觷～12？觷，对于硬质合金的刀具，后角取4？觷～12？觷。在精车加工的时候时取较大后角，粗车时取较小后角。车薄壁零件内外圆时，首先选取大的主偏角。2.3减小内应力的措施一方面，正火硬渡过高、混晶、大量索氏体或魏氏组织都会使内孔变形增大，所以要用控温正火或等温退火来处理锻件。金属的正火、退火以及在进行淬火之前的调质，都会对金属终极的变形量产生一定影响，直接影响到金属组织结构的变化。实践证明，在正火时采用等温淬火可有效地使金属组织结构趋于平均，从而使其变形量减小。另一方面，金属淬火后冷却过程对变形的影响也是很重要的一个变形原因。热油淬火比冷油淬火变形小，一般控制在100±20℃。油的冷却能力对变形也是至关重要的。淬火的搅拌方式和速度均影响变形。金属热处理冷却速度越快，冷却越不平均，产生的应力越大，模具的变形也越大。可以在保证模具硬度要求的条件下，尽量采用预冷；采用分级冷却淬火能明显减少金属淬火时产生的热应力和组织应力，是减少一些外形较复杂工件变形的有效方法；对一些特别复杂或精度要求较高的工件，利用等温淬火能明显减少变形。2.4其他措施机械零件在精车时与粗加工相比，机械零件装夹方式仍然与其相同，前期的一些粗加工工序对后道也是有影响的，尽量避免野蛮手工操作，避免材料组织受力变形。对于机械零件加工变形更多的控制在后道，此外新的变形也会在磨削加工时期出现。此外，在后续工作中，镗床加工内孔这一阶段，就会产生相应的偏差。因为其是在磨削的基准面进行定位加工的，其最终的精镗内孔必然不精确。很显然，通过这样的方法，其所加工的机械零件的几何尺寸和精度，与图纸上的要求出入很大，所以必须采取一定的措施对其进行处理。例如：精车时控制磨削余量，特别是磨槽，余量过大容易圆角，砂轮磨损快；也可以改变传统的装夹方式，以热处理后的精车为入手点，在以后的每道加工工序时，采取有效的措施，保证装夹时机械零件避免对径向力的承受。还可以为每一环节设计专业夹具，在垂直轴的帮助下有效地防止机械零件的加工变形。此外，对于机械零件进行热处理或者加工后容易发生变形的状况，可以采取以下几种相应的措施来予以解决。